Sin t

1
Presentación del Centro de Proyección Térmica
2
Presentación
3
Presentación
Proyección térmica
4
Presentación
Proyección térmica
Proceso de deposición
Substrato
5
Presentación
El Centro
Ingeniería de superficies Aplicación de
recubrimientos para la modificación de las
propiedades superficiales
6
Presentación
Objetivos
El CPT tiene vocación de agente tecnológico
activo, y su filosofía de actuación es la
investigación aplicable y el desarrollo
tecnológico

• Proyectos de ID

• Proyectos de innovación industrial

• Difusión y asesoramiento tecnológico

7
Presentación
Sectores
Los recubrimientos de proyección térmica
encuentran aplicación tanto en los productos
finales como en los útiles de producción,
reparación y mantenimiento o decoración

• Aeroespacial

• Naval

• Automoción

• Ingeniería Civil

• Química / petróleo

8
Presentación
Sectores

• Papel y artes gráficas

• Plásticos

• Eléctrico / electrónico

• Vidrio

• Procesos metalúrgicos

• Alimentación

• Biomédico

• Textil

• Impacto ambiental

9
Presentación
Servicios

• Proyección térmica

• Ensayos

• Caracterización

10
Presentación
Servicios

• Transferencia de tecnología

• Formación

• Investigación

11
Presentación
12
Introducción a las Tecnologías de Proyección
Térmica
13
Tecnologías
Recubrimientos protectores
La tecnología moderna demanda esfuerzos a los
materiales estructurales, generalmente metálicos,
que éstos no pueden ofrecer.
Los recubrimientos pueden proteger a los
materiales estructurales de estos esfuerzos.
Esfuerzos

• Desgaste abrasivo, erosivo, ...

• Ataque químico

• Altas temperaturas

• Biocompatibilidad

• Abradables, autolubricados, ...

14
Tecnologías
Proyección Térmica
15
Tecnologías
Técnicas

• Porosidad 7-12
• temp. Llama 3100ºC
• veloc. Part 50-70m/s

• Porosidad 3-8
• temp. Llama 3100ºC
• veloc. Part 100-120m/s

• Porosidad 3-6
• temp. Llama 4000ºC
• veloc. Part 150-170m/s

16
Tecnologías
Técnicas

• Porosidad 0.5-3.0
• temp. Llama 5000-10000ºC
• veloc. Part 200-500m/s

• Porosidad 0.5-2.0
• temp. Llama 2900ºC
• veloc. Part 425-675m/s

• Porosidad 0.1-1.0
• temp. Llama 5000-10000ºC
• veloc. Part 400-800m/s

17
Materiales y aplicaciones resistentes a la
corrosión
18
Corrosión

• Óxido generado durante la proyección.
• Poros, grietas y separaciones entre capas de
  material depositado.
• Degradación de los materiales durante la
  proyección.

• Nuevas técnicas de proyección (VPS, HVOF,
  APS/Argon...).
• Tratamientos posteriores de refundido
  (self-fluxing).
• Optimización del material de proyección.

19
Tipos de protección contra la corrosión

• Menos nobles que el substrato.
• Aleaciones de Zn, Al y ZnAlMg.
• Baja resistencia mecánica.
• Elevada protección electroquímica.

• Más nobles que el substrato.
• Acero Inox, cermets y aleaciones base Ni y Co.
• Mayor resistencia mecánica.
• Más utilizado en componentes que sufren
  corrosión/erosión.
• Protección en función de la integridad del
  recubrimiento.

20
Hastelloy
304, 314SS
Monel
WC-CoCr Cr3C2-NiCr
21
USS-SAIPAN 1995, NorfolK Naval Shipyard
(NNSY) COMPONENTE Pistones del timón de
dirección. PROBLEMA Corrosión por
picaduras. Reemplazo de la pieza
mensual. ALTERNATIVAS Reemplazo Cromo
Duro SOLUCIÓN HVOF-WC-CoCr ? 2 años y medio
sin reparaciones. Ahorro de 120.000 en
reparaciones.
22
Vehículo de colchón de Aire COMPONENTE Lift
Fan Shafts Acero Inoxidable PROBLEMA
Corrosión/desgaste Reemplazo de la pieza.
ALTERNATIVAS Reemplazo SOLUCIÓN HVOF-WC-CoCr
? Ahorro de 25.000.000/año.
23
COMPONENTES Sistemas hidráulicos SOLUCIÓN W
C-CoCr ? Cr3C2-NiCr ? Acero
Inoxidable ? Inconel ? Hastelloy
?
24
COMPONENTES
? TSA para la protección de la zona de
salpicaduras e inmersión de estructuras de acero
en ambiente marino (1982) ? de 20 años en 9
plataformas del Mar del Norte.
? Hastelloy en recipientes a presión, Inconel 625
en la superficie interna de válvulas y bombas.
Planta SHELL en Alberta, Canada.
? Termoplásticos en tuberías y componentes
marinos en sustitución de recubrimientos epoxy.
25
COMPONENTES Reactores, tanques...
SOLUCIÓN Proyección AS de INCONEL-625
Proyección dúplex PS-NiCr y Al.
Tanque recubierto mediante proyección térmica
para la protección contra H2SO4
26
COMPONENTES rodillos
SOLUCIÓN Recubrimiento SS316L.
27
COMPONENTES Estructuras de acero en hormigón
armado en puentes, faros... PROTECCIÓN Zn
depositado mediante AS.
COMPONENTES Aleaciones de Aluminio de
estructuras portátiles. PROTECCIÓN Proyecció
n de un recubrimiento Al/Zn o Al/Zn/Sn/In.
28
COMPONENTES Estructuras de hormigón
armado. PROBLEMA Carbonatación y ataque por
Cloruros. PROTECCIÓN Zn mediante AS/FS
desde 1983.
29
COMPONENTES Compuertas y diversas
estructuras de acero en presas PROBLEMA Co
rrosión y desgaste PROTECCIÓN Zn, ZnAl
30
COMPONENTES Señales de Tráfico, decoración,
SOLUCIÓN Tf ? FS-Poliamida, poliuretano,
polietileno, polivinilo... Tf ? PPS, PEEK
mediante PS, FS y HVOF. VENTAJAS Espesor y área
recubierta, ausencia de disolventes...
31
Materiales y aplicaciones resistentes a la
temperatura
32
Aplicaciones de los recubrimientos a elevadas
temperaturas

• Otras aplicaciones
• Celdas SOFC
• Sector petroquímico
• Sector químico

• Barrera térmica
• Industria automóvil
• Industria aerospacial
• Industria naval
• Industria energética

33
Qué es una barrera térmica?

• Capa cerámica aislante

• Capa de anclaje

OBJETIVO
Reducir la temperatura del substrato
34
Beneficios de las barreras térmicas

• Aumento de la vida de los componentes

• Mejora de la eficiencia

• Aumento de temperatura de trabajo

• Disminución del flujo de refrigeración

• Disminución de costes

35
Introducción histórica de las barreras térmicas

• NASA utiliza por 1ª vez las TBC en el X-15

• Aumento de la T en las turbinas en 100ºC

36
Aplicaciones de las barreras térmicas en el
sector aeronáutico / energético
Turbinas

• Reducción del refrigerante

• Mejor rendimiento

• Reducción uso de fuel

37
Aplicaciones de las barreras térmicas en el
sector de la automoción
Colector en motores turboalimentados
Problema Pérdida de potencia por el enfriamiento
de los gases en el colector
Solución Aplicación de TBC para minimizar la
pérdida de calor y mejorar la potencia
38
Aplicaciones de las barreras térmicas en el
sector de la automoción / naval
Pistones y válvulas
Problema Pérdida de potencia por el enfriamiento
de los gases
Solución Aplicación de TBC para minimizar la
pérdida de calor y mejorar la potencia
39
Aplicaciones de recubrimientos en el sector
petroquímico
Anillos de cierre
Problema Desgaste a elevadas temperaturas
Solución Aplicación de recubrimientos base Co
con elevada resistencia al desgaste a elevadas
temperaturas
40
Aplicaciones de recubrimientos en el sector
energético
Intercambiadores de calor
Problema Rotura de los intercambiadores de calor
Solución Aplicación de recubrimientos
resistentes a la oxidación a elevadas temperaturas
41
Aplicaciones de recubrimientos en el sector
químico
Lixiviación PAL
Problema Utilización de T y P elevadas (250ºC y
4000kPa) en medios agresivos (H2SO4)
Solución Aplicación de recubrimientos base Co
sobre las válvulas de bola
42
Materiales y aplicaciones resistentes al desgaste
43
Mecanismos de desgaste más usuales
-Desgaste abrasivo
-Desgaste adhesivo (gripaje)
-Desgaste erosivo
Recubrimientos tribológicos
- Alta resistencia al desgaste
- Modificación del coeficiente de fricción
44
Tipos de recubrimientos
-CERMETS (partículas cerámicas durasmatriz
metálica tenaz) WC-Co, Cr3C2-NiCr, TiC-Ni.

-Óxidos Cr2O3, Al2O3..
-Materiales compuestos. BzAlAl2O3.
-Aleaciones susceptibles de ser refundidas
NiCrBSi, CoCrBSi.
-Metales y aleaciones Mo, AlSi, Acero, Bronce,
Babbit.
45
Pistones y cilindros para aplicaciones
industriales
Problema Resistencia al desgaste insuficiente
para ciertas aplicaciones.
Solución Recubrir mediante proyección térmica
con materiales resistentes al desgaste.
En otros casos se puede utilizar la proyección
térmica como herramienta de reparación para
volver a las medidas originales.
Posibilidades -Sustitución del material base
(ahorro económico).
46
Bombas y turbinas
Problema El desgaste ocasionado por procesos de
erosión y/o cavitación en componentes.
Solución Proyección de recubrimientos de alta
resistencia a la erosión y/o cavitación (WC-Co,
Stellite, Triballoy). En muchos casos la
proyección térmica es preferible a la soldadura
debido a la menor distorsión en las partes
recubiertas provocada por la menor cesión de
calor.
47
Minería, plantas químicas y conducciones
petrolíferas
Problema Desgaste por erosión y abrasión de
algunos componentes debido a la existencia de
partículas duras erosivas en el fluido (Válvulas,
conducciones petrolíferas, sistemas de
perforación).
Solución Utilización de recubrimientos
resistentes al desgaste para aumentar la vida de
los componentes (WC-Co, WC-CoCr, Cr3C2-NiCr,
Cr2O3, Stellite, NiCrBSi).
48
Industria siderúrgica
Problema Adhesión de material sobre los rodillos
de laminación continua.
Solución Utilización de materiales con baja
tendencia a adherirse con el acero de las
láminas. Se recubren con WC-Co, Cr3C2-NiCr u
óxidos.
49
Industria aeronáutica
Mejora posible Reducción del peso del
avión. Consecuencias -Disminución del consumo
energético. -Menor emisión acústica. -Menor
emisión de gases.
Problema Al cambiar el material base del motor
por aleaciones de Al, se producía una fricción
excesiva en los cilindros.
Solución Utilización de recubrimientos para
disminuir la fricción y mejorar la resistencia al
desgaste de los cilindros (Cu9Al1Fe o acero).
50
Industria automovilística

Recubrimientos antifricción Mo, AlSi-Mo, ...
51
Otras aplicaciones

• Preforma de recipientes de vidrio. NiCrBSi
  refundido.

• Uniones de vagones de tren soportan desgaste no
  lubricado e impacto. Incremento de vida de 3
  meses a 6 años. NiCrBSi refundido.

-Calderas de carbón las cenizas provocan
erosión. -Calderas de hidrocarburos elementos
corrosivos y erosivos. -Incineradoras de residuos
sólidos urbanos. -Calderas de licor
negro. Solución Cr3C2-NiCr, NiCrBSi...
52
Otras aplicaciones
Industria alimentaria Sinfín elaboración de
aceites vegetales. Para sistemas de extrusión,
en general. WC-CoNiCrBSi o aleaciones base Co.
Recubrimientos antifricción Alta porosidad, baja
dureza para acomodación y alineación de
superficies. Babbit
53
Otros materiales y otras aplicaciones
54
Recuperación
Restauración de la dimensionalidad
Reconstrucción del material perdido en procesos
de
Aleaciones base Co Ni Aceros 316 431 Al carbono

• Desgaste

• Corrosión

55
Recubrimientos abradables
AlSi / polimero Ni / grafito NiCrAl / BN

• Reducción de tolerancias entre partes móviles

• Matriz metálica blanda Aditivo

• Facilmente mecanizables (automecanizado)

• Recubrimiento de sacrificio

Turbinas aeronáuticas

• Máximo sellado
• Mejora del rendimiento energético
• Fácil recuperación

Turbinas terrestres Turbocompresores
56
Recubrimientos autolubricados

• Reducción de fricción entre partes móviles

• Matriz metálica o cerámica Lubricante sólido

Cr2O3 / CaF2 NiCrBSi / BN NiCrBSi /
Grafito Stellite / Grafito

• Aumento de vida útil
• Mejora del rendimiento energético
• Reducción de lubricantes líquidos
• Aumento de la temperatura de trabajo

57
Recubrimientos con propiedades eléctricas

• Recubrimientos Dieléctricos
• De material cerámico, aíslan eléctricamente el
  substrato.
• Aislante de sumidero de calor respecto al
  circuito impreso (Titania / Alúmina).

• Recubrimientos Electrónicos
• Metales, típicamente cobre y aluminio, utilizados
  para hacer conductor eléctrico el substrato.
• Prototipos de circuito impreso
• Blindaje electromagnético

58
Recubrimientos biocompatibles

• Prótesis de material bionierte
• No interacciona con el organismo
• Problemas de adherencia (5-7 años)

• Recubrimiento de HIDROXILAPATITA
• Material biocompatible (70 hueso humano)
• Interacción con el hueso
• Enlace fuerte

59
Recubrimientos de materiales poliméricos
Mejora de las propiedades de los recubrimientos
poliméricos
Aplicaciones

• Protección contra corrosión (PPS)

• Protección contra desgaste y abrasión (PE/Alúmina)

• Resistencia al rayado y choques mecánicos
  (Nylon/Sílice)

• Aislamiento eléctrico (PEEK)

• Resistencia química (ETFE)

• Bajo coeficiente de fricción (ETFE)

• Protección contra deslizamiento (PP PE /
  Alúmina)

60
Recubrimientos de materiales poliméricos
Ventajas

• Nula emisión de VOC

• Recubrimientos de gran espesor

• Piezas de gran tamaño

• Piezas no metálicas

• No requiere tratamientos térmicos posteriores

• Posibilidad de utilizar polímeros de reciclaje
  (PCCP) y reciclar polímeros

61
Conformado directo de piezas
Obtención de pieza de material proyectado

• Formas Axisimétricas

• Cerámicas

• Matriz metálica reforzada

• CERMETS

• HVOF
• Piezas de pared delgada

62
Servicios

• Proyección Plasma Atmosférico
• Plasmatechnik A-3000 (F4)
• Proyección HVOF
• Plasmatechnik CDS-100 (propileno)
• Sulzer-Metco Diamod Jet
• - DJH-2600 (hidrógeno)
• - DJH-2700 (propileno)
• - DJS (propileno)
• Proyección Llama
• Castolin DS-8000 (acetileno)
• Monitorización on-line
• Oseir Spray-Watch
• Equipo posicionador robot ABB (IRB1500)

Proyección Térmica
63
Servicios

• Desgaste por Abrasión
• Ensayo Rubber-Wheel (ASTM G65-91)
• Desgaste por Fricción
• Ensayo Ball-on-Disk (ASTM G99-90)
• - T ambiente
• - En caliente (hasta 500ºC)
• Desgaste por Erosión
• Chorro de corindón
• Caracterización tribológica
• Interferferometría de luz blanca, SWLI (Zygo
  NewView 100)
• Perfil superficial (Perfilómetro MITUTOYO
  SURFTEST 301)

Caracterización de propiedades tecnológicas
64
Servicios
Caracterización de propiedades tecnológicas
65
Servicios

• Caracterización Estructural
• Microscopía Óptica (equipo OLYMPUS BH2-UMA)
• Microscopía SEM (JEOL JSM-5310)
• Caracterización de Fases
• Microanálisis EDS (Röntec EDR288)
• Difracción de Rayos X (SIEMENS D500)
• Análisis de Imágen
• Matrox Inspector
• Propiedades específicas
• DSC, FTIR, XPS, AEM-AES, TEM,...

Caracterización Estructural y de Fases